本发明涉及一种包含不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂的压制成型材料、其成形品及其制造方法。
背景技术：
近年来，从诸如能获得高强度和减轻的重量两者的角度，增强纤维被保持在树脂基质中的复合材料已经在各个领域中用作结构材料。在这些复合材料之中，包含增强纤维和作为基质的热塑性树脂的复合材料在成型时间短、容易回收等方面引起了注意。特别地，认为用于通过将包含具有特定纤维长度的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂的成型材料压制成型而获得具有期望形状的成形品的方法能够获得具有三维形状和优越的强度的成形品，该成形品包含相比于注射成型等在成型时增强纤维断裂更少且残余纤维长度更长的增强纤维，这是特别有前景的。
然而，通过压制成型制造由包含增强纤维和作为基质的热塑性树脂(以下可以称作纤维增强热塑性塑料或者简称为frtp)的复合材料形成的具有不规则等的三维形状的成形品时，获得的成形品可能由于皱褶等的产生而外观劣化。应对这样的问题，已经进行尝试以通过预先在成型材料中形成切口而在压制成型时获得具有不产生皱褶的良好外观的frtp成形品。
例如，作为纤维增强热塑性树脂的成形品的制造方法，ptl1示出一种方法，其中，通过使用在与金属模具成型表面的凹凸部分相对应的位置处预先设置有切口的纤维增强热塑性树脂片，并且进行夹持以在推出所述片的同时填充金属模腔的内部，而不产生皱褶地制造局部深的凹凸形状的成形品。然而，在该方法中，由于在切割部处分割所述片，所以当压制成型该片时，存在树脂将聚集并互相熔接并且该部分的强度将降低的担忧。
ptl2提出一种方法，其通过压制成型将利用切口而从纤维增强复合材料形成的成型材料分离的部分分离件成型为三维形状，并且随后通过压制成型重叠剩余物的一部分以将整体形成为期望的三维形状，而不产生皱褶地制造半球状成形品。然而，ptl2仅说明了基质树脂为热固性树脂(环氧树脂)的纤维增强复合材料的成形品。其需要在金属模具中布置预浸渍体而多次进行成形操作。显然该方法难以用于制造基质树脂为热塑性树脂的纤维增强复合材料的成形品。此外，ptl2的比较例说明了其在未以逐步方式压制成型部分分离件和剩余物的情况下，不能仅通过压制成型整个切割的预浸渍体而获得不具有皱褶和增强纤维中的杂乱的成形品。可以说对于在不能通过单步压制成型获得良好产品的生产率方面，ptl2的技术中存在相当大的改进空间。
ptl3示出当通过压制成型法成型具有角部的纤维增强塑料(可以简称为frp)形成的壳体时，能够通过使在铺设于下模上的预浸渍体中，形成壳体的侧壁部的预浸渍体的侧壁构成部比壳体的侧壁部长，并且部分地重叠预浸渍体的侧壁构成部的形成角部并且彼此邻接的端部，以铺设在下模上，而以高生产效率获得在角部没有扭曲或者变形的frp壳体。然而，作为具体方面，ptl3仅说明了通过使用包含是作为基质树脂的热固性树脂的环氧树脂以及碳纤维的复合材料，并且进行将单向布置的纤维预浸渍体缠绕并且布置在预浸渍体的侧壁构成部的最外周上的操作以抑制成型时角部张开和扭曲扩散，而获得在角部没有扭曲或者变形的frp壳体。在成型基质树脂为热塑性树脂的复合材料的情况下，由于需要通过将复合材料加热至软化状态而进行成型，所以认为极难通过其中需要将单向布置的纤维预浸渍体缠绕和布置在侧壁构成部的最外周上的ptl3的方法，而获得frtp。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本专利no.3572823
[专利文献2]jp-a-2002-240068
[专利文献3]jp-a-2007-181935
技术实现要素：
技术问题
为了解决上述现有技术的问题而完成本发明。本发明具有以下具体目的，提供：一种压制成型材料，利用该压制成型材料能够在通过压制成型制造包含不连续的增强纤维和作为基质的热塑性树脂的纤维增强复合材料的具有三维形状的成形品的方法中，获得具有优秀外观和强度的成形品，而在角部或凹部处没有熔接线；成形品；以及所述成型材料和所述成形品的制造方法。
技术方案
本发明提供一种压制成型材料，其包含平均纤维长度3mm至100mm的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂，所述压制成型材料具有特定基准面、至少一个可竖立面以及至少一个可自层叠区域，其中，可竖立面的一部分包括在可自层叠区域中。
此外，本发明提供一种复合材料的成形品，该复合材料包含平均纤维长度3mm至100mm的不连续增强纤维以及作为基质的热塑性树脂，该成形品具有包含特定基准面以及一个以上竖立面的三维形状，其中，复合材料在特定基准面与竖立面之间的边界区域中的至少一个位置处形成自层叠结构，并且在基准面和与竖立面互相接触的任意脊线处没有熔接线。
此外，本发明提供一种上述成形品的制造方法，其中，使用具有上模和下模的金属模具，该该金属模具中，通过将上模与下模合模而形成型腔，将压制成型材料布置在所述金属模具中并经历压制成型，给压制成型材料包含平均纤维长度3mm至100mm的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂，并且具有特定基准面、至少一个可竖立面以及至少一个可自层叠区域，其中，所述可竖立面的一部分包括在所述可自层叠区域中。
此外，本发明提供一种上述压制成型材料的制造方法，包括加工由包含平均纤维长度3mm至100mm的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂的复合材料所形成的物体以形成形状满足下列i)和ii)的压制成型材料的步骤：
i)通过将作为压制成型的目标的成形品的、经历通过计算机的成型加工的逆分析和展开的三维形状展开而获得所述形状。
ii)
ii)通过将作为压制成型的目标的成形品的、在所述逆成型分析期间去除至少一个单元的所述三维形状展开而获得所述形状。
本发明的有益效果
本发明的压制成型材料相对于金属模具成型表面而布置为极接近期望的成形品的形状这样的形状，使得在特定基准面或者可竖立面中，特定基准面和可竖立面的一部分在至少一个位置重叠，并且经历压制成型，这使得能够获得如下复合材料的成形品：即使在三维形状中，也没有皱褶等、具有优秀外观、并且具有优秀的强度，而在角部等没有熔接线。
压制成型本发明的压制成型材料使得能够获得难以通过注射成型获得的、包含平均纤维长度3至100mm的增强纤维的复合材料的成形品。相比于使用包含织物的增强纤维的成型材料或者其中基质树脂为热固性树脂的成型材料的制造方法，通过压制成型本发明的压制成型材料的复合材料的成形品的制造方法具有极高的生产率。
当本发明的压制成型材料用于所谓的冷压成型时，即使是具有复杂的三维成形品，也能够有效地制造如下的成形品：其没有皱褶等，具有优秀外观，并且具有优秀的强度，而在角部或者具有复杂形状的部分没有熔接线。
附图说明
图1a是示出根据本发明的实施方式的成形品的形状的示例的示意图。
图1b是示出根据本发明的实施方式的压制成型材料的形状的示例的示意图。
图2a是示出根据本发明的实施方式的成形品的形状的示例的示意图。
图2b是示出根据本发明的实施方式的压制成型材料的形状的示例的示意图。
图3a是示出根据本发明的实施方式的成形品的形状的示例的示意图。
图3b是示出根据本发明的实施方式的压制成型材料的形状的示例的示意图。
图4a是示出根据本发明的实施方式的成形品的形状的示例的示意图。
图4b是示出根据本发明的实施方式的压制成型材料的形状的示例的示意图。
图5a至图5c是示出根据实施例的成形品的形状的示意图。
图6a至图6c是示出根据比较例的成形品的形状的示意图。
图7是示出通过机械的机构布置压制成型材料的示意图。
图8a是示出用于导出毛坯形状的加工步骤的示意图。
图8b是其中在成型加工的逆分析时去除作为物体的成形品的三维形状的单元中的一个单元的示意图。
图9a是示出根据本发明的实施方式的成形品的形状的示例的示意图。
图9b是示出根据本发明的实施例的压制成型材料的形状的示例的示意图。
图10是示出实施例8至23中使用的具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料在其厚度方向的形状以及可自层叠区域之间的最大距离b等的示意图。压制成型材料的两个可自层叠区域等同于预备可层叠区域。
图11是示出实施例8至23中使用的具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料与图10所示的方式相同的在其厚度方向的形状，以及将可自层叠区域的外周上互相面对的部分的端部连接的直线的中点与结合部之间的距离c等的示意图。
图12a是使用实施例8至23中使用的压制成型材料与图10和图11所示的方式相同的在其厚度方向的形状，以示出压制成型材料中的一个可自层叠区域通过被在压制成型材料的厚度方向上观看时的逆时针方向上拉动45°而层叠在另一个可自层叠区域上的示意图。
图12b是实施例8等获得的表面上没有皱褶的金属模具布置模拟物的在其厚度方向上观看的形状的示意图。
图12c是实施例10等获得的表面上有皱褶的金属模具布置模拟物的在其厚度方向上观看的形状的示意图。
图13是示出具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料的示例的在厚度方向上的形状的示意图，其中，可自层叠区域之间的最大距离b不是可自层叠区域的互相面对的外周的端部之间的距离。
图14是示出具有两个相邻的可自层叠区域的、其中湾状空白区域具有直线状的压制成型材料的示例以及结合部的示意图。
图15是示出具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料的湾状空白区域的形状的示例以及结合部的示意图。然而，省略可自层叠区域的显示。
参考标记列表
b两个可自层叠区域之间的最大距离
c将两个可自层叠区域的外周的互相面对部分的端部连接的直线的中点与结合部之间的距离
1可自层叠区域
2可竖立面
3基准面
4成形品
5层叠部
6熔接线
7金属模具(下模具)
8机械机构
9压制成型材料
10预备层叠区域
11单元(为了进行利用有限元方法的数值分析而从结构有限地分割的若干单元中的每个单元)
12结构的层叠部中具有的单元
13两个可自层叠区域的外周的结合部(曲率半径r)
14两个可自层叠区域的外周的互相面对部分的总长l
15夹置有湾状空白区域的两个互相面对的可自层叠区域的外周的端部
16湾状空白区域
17金属模具布置模拟物
18皱褶
19将湾状空白区域的口侧上的端部连接的直线
100-1具有结合部为平面形状的自层叠结构的成形品
100-2具有结合部为角部形状的自层叠结构的成形品
100-3具有结合部为曲面形状的自层叠结构的成形品
100-1具有熔接线和平面形状的结合部的成形品
200-2具有熔接线和角部形状的结合部的成形品
300-3具有熔接线和曲面形状的结合部的成形品
具体实施方式
[压制成型材料]
本发明为压制成型材料，其包含3mm至100mm的平均纤维长度的不连续增强纤维以及作为基质的热塑性树脂，并且该压制成型材料具有特定基准面、至少一个可竖立面、以及至少一个可自层叠区域，其中，可竖立面的一部分包括在可自层叠区域中。
下面将适当地参考附图给出本发明的描述，但是本发明不限于附图所示的实施方式。
本发明的压制成型材料在其特定部分处弯曲，布置在金属模具中，并且经历压制成型，以使其能够获得具有如下形状的成形品：其中，特定表面与其它分离的表面经由角部、弯曲部等而具有不位于坐标系中的相同平面内的位置关系。本发明的压制成型材料的可竖立面是在布置在金属模具中时可以弯曲的部分，并且基准面可以描述为当基准面与可竖立面接触并且可竖立面弯曲时不以相同方式弯曲的部分。根据期望的成形品的形状或者压制成型的方法或者压制成型的金属模具，而适当地确定压制成型材料的基准面和可竖立面。
本发明的压制成型材料的基准面能够被压制成型以变为诸如成形品的底表面这样的比较宽的表面，如图1b中参考标记3所示。
本发明的压制成型材料具有至少一个可竖立面，并且优选为具有多个可竖立面。对压制成型材料的可竖立面的数量没有特别的限制，但是如果设置上限，则对于大多数应用优选适用10个以下，并且5个以下更为优选以具有简单形状。不仅可以通过相对于基准面弯曲压制成型材料的可竖立面，还可以通过进一步弯曲可竖立面的一部分，以将压制成型材料布置在金属模具中而进行压制成型。
如图1b的参考标记2所示的，本发明的压制成型材料的可竖立面能够被压制成型以变为成形品的竖立面，例如，诸如在成形品具有肋或者盒状的情况下的侧表面这样的部分。
本发明的压制成型材料具有至少一个可自层叠区域，并且可以具有多个可自层叠区域。对压制成型材料的可自层叠区域的数量没有特别的限制，但是如果设置上限，则对于大多数应用优选适用20个以下，并且10个以下更优选以具有简单形状。本发明的可自层叠区域是指当压制成型材料在特定部分处弯曲并被布置在金属模具中以进行压制成型时在成形品中形成层叠结构的压制成型材料的一部分和另一部分。然而，如图9b所示，本发明也包含其中层叠结构形成在一个可自层叠区域中的方面。在本发明的压制成型材料的实施例的这些附图中，出于方便的缘故，可自层叠区域示出为由直线包围的位置，但是当然也可以是具有弯曲或者不规则外周形状的区域。
在本发明中，除了当压制成型材料在特定部分弯曲并布置在金属模具中时使得压制成型材料的部分能够重叠这样的区域(以下可以称作预备层叠区域)之外，可自层叠区域还可以包括其中在加热和塑化状态下对压制成型材料进行压制并使其流动以在比预备层叠区域更宽的部分处形成层叠结构这样的区域。图1b等中示出这样的方面。在这些作为本发明的压制成型材料的实施例的附图中，参考标记10表示预备层叠区域，并且虚线代表折叠线。自然地，压制成型材料可以等同于可自层叠区域和预备层叠区域。
本发明的压制成型材料具有多个可竖立面，并且具有多个可自层叠区域，并且多个可自层叠区域中的至少一个部位优选地包括多个可竖立面中的每个可竖立面的一部分或者分别包括可竖立面的一部分和基准面的一部分。在图1b中，示出包括多个可竖立面中的每个可竖立面的一部分的可自层叠区域。在图2b中，示出包括可竖立面的一部分和基准面的一部分的可自层叠区域。优选地，当压制成型材料具有图1b中的参考标记1示出的至少一对的两个相邻的可自层叠区域时，容易在压制成型时互相层叠该区域，并且能够快速将压制成型材料布置在金属模具中。为了将此表达得更清楚，压制成型材料优选地具有能互相层叠的两个相邻的可自层叠区域。
当压制成型材料具有两个相邻的可自层叠区域，并且优选地，两个相邻的可自层叠区域之间的最大距离b(可以简称为最大距离b，或者距离b)为500mm以下时，在对压制成型材料实施压制成型时不太可能发生皱褶。可自层叠区域之间的最大距离b更优选为400mm以下，并且进一步更优选为300mm以下。上述可自层叠区域之间的最大距离b也可以表示为下列不同的表达：当具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料的在压制成型材料的厚度方向上投射的形状呈现为由两个相邻的可自层叠区域形成湾状空白区域这样的大致凹状时，在夹置有湾状空白区域的互相面对的两个可自层叠区域的外周之间的在连接直线上的距离之中，更优选地，最大距离b由于上述原因而为500mm以下，所述连接直线基本平行于将两个可自层叠区域的外周的在湾状空白区域的口部侧上的端部连接的直线(下文中，该直线可以称作湾口端部直线)。自然地，基本平行于湾口端部直线的直线可以完全地平行于湾口端部直线或者可以是湾口端部直线本身。图13示出在压制成型材料的厚度方向上观看时，最大距离b位于从湾口端部直线稍靠湾状空白区域内部这样的压制成型材料的情况下的形状。更优选的，距离b的值为如上所述。
可以适当地设定将压制成型材料在x-、y-和z-方向的尺寸中的哪个设定为宽度、深度和厚度，但是在多数情况下，将最小的尺寸设定为厚度，最大的尺寸设定为宽度，并且剩下的方向设定为深度。对于具有复杂形状而使各个方向的尺寸根据部位而变化的压制成型材料，各个尺寸的平均值或者最大值可以互相比较并且设定为厚度、深度和宽度。也可以将用于该压制成型材料的宽度、深度和厚度的设定方法应用到成形品。
优选地，当压制成型材料具有两个相邻的可自层叠区域，并且具有在可自层叠区域的外周的结合部处的0mm以上且小于5mm的曲率半径r这样的形状时，当在对压制成型材料实施压制成型时层叠这些可自层叠区域时，不太会发生皱褶。曲率半径更优选为大于0mm，并且进一步更优选为大于0mm且4mm以下。上述曲率半径r也可以表现为下列不同的表达：由于上述理由，当具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料在其厚度方向上投影的形状中呈现出由两个相邻的可自层叠区域形成湾状空白区域这样的大致凹状，并且具有在夹置有湾状空白区域的互相面对的两个可自层叠区域的外周的结合部处的曲率半径r为0mm以上且小于5mm这样的形状时，是更优选的。
作为曲率半径小于0mm的形状，能够示出湾状空白区域具有直线状的情况下的结合部的形状，如图14所示。
如图15所示，也可能优选地将外周的结合部定义为：具有在外周上的能够通过直线而与将两个可自层叠的区域的外周的在湾状空白区域的口部侧处的各端部连接的直线的中点相连的点中的、离所述中点最远的点的外周部位。在多个最远的点的情况下，优选的是作为具有任意一点的外周部位的结合部具有曲率半径r的形状，并且更优选的是，作为具有多个最远的点中的每个点的各外周部位的结合部具有曲率半径r的形状。
优选地，当压制成型材料具有两个相邻的可自层叠区域且至少一个可自层叠区域的厚度具有小于5.5mm的厚度时，即使在实施压制成型时层叠这些可自层叠区域，也不太会发生皱褶。可自层叠区域的厚度更优选为小于5.0mm，进一步更优选为小于4.0，并且进一步更优选为小于3.5mm。可自层叠区域的厚度的下限自然地大于0mm，优选为0.1mm以上，更优选为0.5mm以上，并且进一步更优选为1.0mm以上。能够根据上述优选的下限值和上限值适当地选择可自层叠区域的厚度的优选的数值范围。只要任意一个厚度落入上述优选的范围内，则不限制压制成型材料的两个相邻的可自层叠区域的厚度，但是更优选的是两者均在上述优选的范围。
优选地，当压制成型材料具有两个相邻的可自层叠区域，其中，至少一个可自层叠区域的厚度小于4.0mm，并且压制成型材料具有在可自层叠区域的外周的结合部处的0mm以上且小于5mm的曲率半径r这样的形状时，在对压制成型材料实施压制成型时，不太会发生皱褶。关于可自层叠区域的厚度和曲率半径r，如上所述之外的表达也是可以的并且同样应用于更优选的数字范围及其方面。
优选地，当压制成型材料具有两个相邻的可自层叠区域，其中至少一个可自层叠区域的厚度为4.0mm以上且小于5.5mm，并且压制成型材料具有在可自层叠区域的外周的结合部处的1mm以上且小于5mm的曲率半径r这样的形状时，在对压制成型材料实施压制成型时，不太会发生皱褶。关于可自层叠区域的厚度和曲率半径r，如上所述之外的表达也是可以的并且同样应用于更优选的数字范围及其方面。
当压制成型材料具有两个相邻的可自层叠区域并且具有在可自层叠区域的外周的结合部处的0mm以上且小于5mm的曲率半径r这样的形状时，则两个可自层叠区域的外周互相面对的部分的总长l(其可以简称为总长l)和将两个可自层叠区域的外周互相面对的部分的端部连接的直线的中点与结合部之间的距离c(其可以简称为距离c)满足表达式(q)：
l/c≥1.5(这里，l和c的单位相同)(q)
优选地，对压制成型材料进行压制成型以获得其中在压制成型时通过压制成型材料的自层叠而形成的部位的强度优良的成形品。
上述方面也可以表示为如下不同的表达：因为上述理由，当具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料在其厚度方向上投影的形状中呈现出由两个相邻的可自层叠区域形成湾状空白区域这样的大致凹状，并且具有夹置有在湾状空白区域的互相面对的两个可自层叠区域的外周的结合部处的0mm以上且小于5mm的曲率半径r这样的形状时，更优选的是，两个可自层叠区域的外周面对湾状空白区域的部分的总长l和结合部与将可自层叠区域的外周的在湾状空白区域的口部侧上的各端部连接的直线的中点之间的距离c满足表达式(q)。
对于压制成型材料，上述表达式(q)左侧的l/c更优选为1.8以上，并且进一步更优选为2.0以上。
在图10中总长l由参考标记14(粗线标识的部分)图示。
能够基于由国际公开手册no.2007/097436中描述的不连续纤维形成的纸型片或者美国专利号8829103、美国专利号9193840、美国专利公开号2015/292145、国际公开手册no.2012/105080以及国际公开手册no.2013/031860中描述的无序毡或者纤维增强复合材料等(下面可以缩写为基材等)等而获得本发明的压制成型材料。作为本发明的压制成型材料，上述文献中描述的基材等按文献描述制造时可以获得具有基准面和可竖立面的形状，或者这些文献中描述的基材等的一般的矩形板状材料可以切割为或切出为具有基准面和可竖立面的毛坯形状。
虽然不特别限定本发明的压制成型材料的厚度，通常，厚度优选为在0.01mm至100mm的范围内，更优选为在0.01mm至30mm的范围内，进一步更优选为0.01mm至5mm的范围内，并且还更优选为1mm至3mm的范围内。压制成型材料的厚度可以在所有部位相同或者可以取决于部位而不同。可自层叠区域的优选厚度在上述范围内，并且其他部位的厚度在上述范围内的压制成型材料也是优选的。此处，在本发明的成型材料具有多层被层叠的构造的情况下，上述厚度不是指每层的厚度，而是指通过合计每层的厚度而获得的复合材料的整体厚度。
本发明中使用的压制成型材料可以具有由单层形成的单层结构，或者可以具有层叠有多层的层叠结构。压制成型材料具有层叠结构的方面可以是其中具有相同组成的多层被层叠的方面，或者可以是其中具有互不相同的组成的多层被层叠的方面。此外，其中复合材料具有上述层叠结构的方面可以是其中增强纤维布置状态互不相同的层被层叠的方面。这样的方面的实例包括如下方面：其中，增强纤维单向布置的层与增强纤维二维随机布置的层被层叠。在三个以上的层被层叠的情况下，可以采用由任意的芯层和层叠在芯层正面和背面的表层所形成的夹持结构。
在本发明的压制成型材料中，拉伸断裂伸长率εv优选为105％至400％，更优选为105％至260％，并且进一步更优选为110％至230％。因为压制成型材料即使当布置在金属模具中弯曲等时也不容易撕裂，所以拉伸断裂伸长率εv105％以上的压制成型材料是优选的。由于当塑化状态中的压制成型材料通过被机器人臂等抓持而运输时该材料不容易由于其自重而下垂以显著地变形，所以具有拉伸断裂伸长率εv400％以下的压制成型材料是优选的。
此处，压制成型材料的拉伸断裂伸长率εv是当在等于或者高于作为压制成型材料的基质的热塑性树脂的软化温度的温度下以20mm/秒的拉伸速度伸长时压制成型材料的拉伸，并且表示为下式(e)。
εv＝成型材料伸长之后的长度/成型材料伸长之前的长度(e)
更具体地，压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度，压制成型材料被布置压模中以用于测量拉伸断裂伸长率εv，并且模具以20mm/秒的压模合模速度闭合直至成形材料断裂，随后取出压制成型材料，测量压制成型材料的伸长后的长度，并且用结果除以伸长之前的压制成型材料的长度而计算拉伸断裂伸长率εv。
等于或者高于作为压制成型材料的基质的热塑性树脂的软化温度的温度是能够进行压制成型材料的冷压成型的温度。等于或者高于热塑性树脂的软化温度的温度优选为软化点温度至软化点温度+100℃，并且更优选为软化点温度+20℃至软化点温度+80℃。在本发明中，作为基质的热塑性树脂的软化温度可以是在热塑性树脂结晶的情况下的熔点，或者可以是在热塑性树脂是无定形的情况下的玻璃化转变温度。例如，在作为基质的热塑性树脂为结晶的聚酰胺6(也称作pa6、尼龙6、ny6等，熔点大约225℃)的情况下，等于或者高于软化点温度的温度优选为300℃。
拉伸断裂伸长率εv受压制成型材料中增强纤维的含量、纤维长度、纤维直径等影响。增强纤维的含量越大、纤维长度越长、并且纤维直径越小，则拉伸断裂伸长率εv倾向于越小。在切下平板状的纤维增强复合材料以获得压制成型材料的情况下，或者在压制成型材料被切割为其他形状的压制成型材料的情况下，能够将切割前的平板状的纤维增强复合材料等的拉伸断裂伸长率εv与切割后的压制成型材料的拉伸断裂伸长率εv视作相同的。
下面描述本发明的压制成型材料中所包含的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂、组成组分的组成和形态、以及压制成型材料的制造方法。
[压制成型材料的制造方法]
作为本发明的压制成型材料的制造方法，优选的是包括如下步骤的制造方法：在该步骤中，将由包含平均纤维长度3至100mm的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂的复合材料所形成的物体加工为满足下列i)和ii)的形状，其可以称作毛坯形状。
i)通过将作为压制成型的目标的成形品的、经历通过计算机的成型加工的逆分析和展开的三维形状展开而获得该形状。
ii)通过将作为压制成型的目标的成形品的在所述逆成型分析期间去除至少一个单元的三维形状展开而获得该形状。
此处，由包含作为基质的热塑性树脂的复合材料形成的物质的实例包括上述基材等。
此处，“逆成型分析”是用于使用有限元方法根据期望的成形品形状数据预测通过压制成型制造成形品所必需的成型材料的形状和尺寸的方法。因为上文描述中成型材料的形状称作毛坯形状，本发明中成型材料可以称作毛坯。
此处，“单元”也称作网格，是指为了通过有限元方法进行数值分析而被有限地分割的若干待分析结构中的每一个结构。例如，图8b中的参考标记11表示一个单元。“去除至少一个”是指去除形成结构的单元中的包括在可层叠部中的至少一个单元。通过这样做，经历通过计算机的成型加工的逆分析和展开的毛坯的形状自然地具有层叠部的形状。例如，如图8b所示，去除单元11中的包括在可层叠部中的单元(参考标记12)并且进行成型加工的逆分析使得能够获得如图1b所示的毛坯形状。上述可层叠部是变成通过逆成型分析展开的毛坯形状中的可自层叠区域的部位。
[成形品]
本发明包含如下的成形品的发明：包含平均纤维长度3mm至100mm的不连续增强纤维以及作为基质的热塑性树脂的复合材料的成形品，该成形品具有特定基准面以及一个以上竖立面，其中，复合材料在平面之间的边界区域中的至少一个位置处形成自层叠结构，并且在基准面与竖立面接触的任意脊线处没有熔接线，并且成形品具有三维形状。这样的成形品的实例如图1a、图2a、图3a、图4a、以及图5a至图5c所示。此处，本发明的“具有特定基准面以及一个以上竖立面，其中，复合材料在平面之间的边界区域中的至少一个位置处形成自层叠结构”的成形品也包括如下的成形品：其具有基准面和两个以上竖立面，其中，复合材料在两个以上竖立面之间的边界区域中的至少一个位置形成自层叠结构，并且在基准面与竖立面之间的边界区域中根本未形成自层叠结构。为了方便说明，本发明的成形品可以称作压制成形品。本发明的压制成形品优选为通过压制成型本发明的压制成型材料而获得。
此处，熔接线是如下的部分：其中，确认在通过将树脂系材料熔化并使其流动的成型方法而获得的成形品中的、在成型期间在多个树脂熔化物的流在金属模具中结合的部分处生成直线状图案，也可以称为熔接或者熔接部。由于金属材料熔接到一起时产生的直线形焊接痕迹而称作熔接线。熔接线的存在不仅劣化成形品的表面设计，也导致强度不足。
此外，本发明的成形品优选地具有多个竖立面以及如下部分，在该部分中，在竖立面之间的边界区域中的至少一个位置，优选为两个以上位置，更优选为四个以上位置，特别优选为竖立面之间的所有边界区域，复合材料形成自层叠结构。
本发明的成形品可以具有特定竖立面形成自层叠结构这样的部分。这样的成形品的实例包括如下成形品：其中，压制成型材料中的两个相邻的竖立面具有通过压制成型而形成一个竖立面以获得成形品的可自层叠区域。
本发明的成形品的厚度不特别限定，但是厚度通常优选为在0.01mm至100mm的范围内，更优选为在0.01mm至50mm的范围内，进一步更优选为在0.01mm至5mm的范围内，还进一步更优选为0.1mm至5mm的范围内，并且特别优选为1至3mm的范围内。在成形品依据部位具有不同的厚度的情况下，平均厚度优选为在上述范围内，并且最小值和最大值两者更优选为在上述范围内。本发明的成形品的大小不特别限定，并且根据应用适当地设定。
作为本发明的成形品的制造方法，能够使用作为热塑性树脂的压制成型方法的已知的方法。制造方法优选的是，利用具有上模和下模的、通过将上模与下模合模而形成型腔的金属模具，将压制成型材料布置在该金属模具中并压制成型，该压制成型材料包含平均纤维长度3mm至100mm的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂，并且具有特定基准面、至少一个可竖立面以及至少一个可自层叠区域，并且其中，至少一个可竖立面包括在可自层叠区域中。压制成型材料的优选方面如上所述。
在上述压制成型中，冷压成型法是优选的，即，将上述压制成型材料加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化点的温度，以进入塑化状态，并且将该压制成型材料布置和夹紧在温度低于软化温度的金属模具中，从而使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且使可自层叠区域自层叠，以进行压制成型这样的方法。更具体地，在将本发明的压制成型材料加热至塑化状态之后，压制成型材料布置为以在压制成型材料的基准面3或者形成可竖立面2之间的边界区域中的至少一个位置形成自层叠结构。具体地，能够通过将基准面3与可竖立面2或者可竖立面2与可竖立面2布置为互相重叠并进行压制成型而获得具有自层叠结构的成形品。重叠长度(重叠量)优选为距成型材料的端部1mm以上，更优选为5mm以上，进一步更优选为10mm以上，并且20mm以上是优选的。在本发明的成形品的制造方法中，优选的是使用诸如机器人臂这样的机械机构将压制成型材料布置在金属模具中。
在本发明的成形品的制造方法中，能够通过单次压制成型由压制成型材料获得具有特定自层叠结构的成形品，并且能够以极高效的生产率生产具有三维形状的纤维增强复合材料的成形品。
用于压制成型的金属模具优选为由上模和下模形成的用于压制成型的金属模具，并且在使用用于压制成型的金属模具的情况下，压制成型材料布置在其中的金属模具通常为下模。此外，对于金属模具，金属模具粗分为两种类型：用于铸件、注射成型、流压(冲压)成型等的密封型金属模具，以及用于折叠成型、深拉、锻造等的开放型金属模具。密封型金属模具主要适用于通过将材料浇注到其内部的成型方法，并且开放型金属模具主要适用于在使材料不能流动的情况下变形材料的成型方法。由于本发明的压制成型材料特别地为适用于使得材料能够流动并填充腔体的方法的材料，所以优选的使用前者密封型金属模具作为成型模具。在密封型金属模具中，通常设置用于阻挡材料流出的剪切边缘。
压制成型期间金属模具中的温度取决于作为压制成型材料的基质的热塑性树脂的类型，但是处于熔化的塑化状态的热塑性树脂可以冷却并固化以形成成形品，并且优选的是温度为距热塑性树脂的软化温度20℃以下。在诸如尼龙6(聚酰胺6)的这样典型的尼龙的情况下，温度通常为120℃至180℃，优选为125℃至170℃，并且进一步更优选为130℃至160℃。
形成本发明的成形品的材料中包含的复合材料中的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂、其组成组分的组成和形态等与压制成型材料的几乎相同，如下文所述。
作为成形品的制造方法，除了上述条件，在将压制成型材料在合模方向的投影面积定义为当将压制成型材料布置在金属模具的型腔中的时的毛坯面积的情况下，优选的是，包括如下操作：布置至少一片压制成型材料以具有相对于产品部面积的90％至110％比率的毛坯面积，该产品部面积被定义为型腔在金属模具的模具合模方向上的投影面积。在压制成型材料布置在金属模具的型腔中之后，自然地进行合模，并且能够获得具有期望形状的成形品。优选地，当毛坯面积与产品部面积的比率为90％以上时，不容易发生成型期间的填充缺陷，并且优选地，当所述比率为110％以下时，成型期间毛坯难以咬入金属模具。毛坯面积与产物部面积的比率更优选为95％以上且105％以下。
作为成形品的制造方法，优选地，当包括在将压制成型材料的可自层叠区域自层叠，使得自层叠区域具有20mm以上的宽度(可以称为自层叠宽度)的部位的状态下，将压制成型材料布置在金属模具的型腔中这样的操作时，压制成型期间通过将压制成型材料自层叠而形成的部位强度优秀。此外，作为成形品的制造方法，更优选的是包括如下操作的制造方法：其中，具有两个相邻的可自层叠区域的压制成型材料在一个可自层叠区域与另一可自层叠区域以20mm以上的宽度自层叠的状态下被布置在金属模腔中。对于自层叠宽度没有特别的上限，但是自层叠宽度优选为50mm以下，使得在压制成型时压力集中施加于压制成型材料被自层叠的部位而导致的成型缺陷不容易发生。自层叠宽度更优选为40mm以下，并且进一步更优选为30mm以下。
[不连续增强纤维]
(不连续增强纤维的类型)
能够根据热塑性树脂的类型、复合材料的用途等，适当地选择本发明的压制成型材料或者作为成形品的材料的复合材料中所包含的不连续增强纤维的类型，而不做特别限制。因此，能够适当地使用无机纤维或者有机纤维中的任意一者作为本发明中使用的不连续增强纤维。
无机纤维的实例包括碳纤维、活性碳纤维、石墨纤维、玻璃纤维、碳化钨纤维、碳化硅纤维(siliconcarbidefibers)(碳化硅纤维(carborundumfibers))、陶瓷纤维、氧化铝纤维、天然矿物纤维(玄武岩纤维等)、硼纤维、氮化硼纤维、碳化硼纤维、金属纤维等。
金属纤维的实例包括铝纤维、铜纤维、黄铜纤维、不锈钢纤维、以及钢纤维。
玻璃纤维的实例包括由e玻璃、c玻璃、s玻璃、d玻璃、t玻璃形成的纤维、石英玻璃纤维、硼硅玻璃纤维等。
有机纤维的实例包括由芳纶、聚对苯撑苯并二恶唑(pbo)、聚苯硫醚、聚酯、丙烯酸、聚酰胺、聚烯烃、聚乙烯醇、聚芳酯等形成的纤维。
在本发明中，可以组合使用两种以上增强纤维。在这样的情况下，可以组合使用多种无机纤维，可以组合使用多种有机纤维，并且可以组合使用无机纤维与有机纤维。其中多种无机纤维组合使用的方面的实例包括其中碳纤维与金属纤维组合使用的方面、碳纤维与玻璃纤维组合使用的方面等。另一方面，其中多种有机纤维组合使用的方面的实例包括其中芳纶纤维与由其他有机材料形成的纤维组合使用的方面等。此外，其中无机纤维与有机纤维组合使用的方面的实例包括其中碳纤维与芳纶纤维组合使用的方面。除了不连续增强纤维，本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料可以包括上述纤维的连续纤维，只要具有不妨碍解决本发明的问题的效果即可。
(碳纤维)
在本发明中，上述不连续增强纤维优选为碳纤维。这是因为碳纤维能够获得轻量但强度优秀的复合材料。
作为上述碳纤维，通常已知聚丙烯腈(pan)系碳纤维、石油沥青系碳纤维、煤沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维、纤维素系碳纤维、木质素系碳纤维、苯酚系碳纤维、气相沉积碳纤维等，并且能够在本发明中适当地使用任意的这些碳纤维。
在本发明中，在这些碳纤维之中，从优秀的拉伸强度的角度考虑，优选的是使用聚丙烯腈(pan)系碳纤维。在pan系碳纤维用作于增强纤维的情况下，其拉伸弹性模量优选为在100至600gpa的范围内，更优选为在200至500gpa的范围内，并且进一步更优选为230至450gpa的范围内。pan系碳纤维的拉伸强度优选为在2,000至10,000mpa的范围内，并且更优选为在3,000至8,000mpa的范围内。
(不连续增强纤维的纤维长度)
关键的是本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料中包含的不连续增强纤维具有3至100mm的平均纤维长度。平均纤维长度可以是数均纤维长度或者重均纤维长度，但是更优选的是重均纤维长度。
不连续增强纤维更优选为具有3至80mm的重均纤维长度，并且进一步更优选为5至60mm的重均纤维长度。当增强纤维的重均纤维长度为100mm以下时，包含增强纤维的成型材料的流动性良好，并且容易通过压制成型等获得期望的成形品形状。另一方面，当重均纤维长度为3mm以上时，包含增强纤维的成型材料常常具有良好的机械强度。各不连续增强纤维的重均纤维长度的范围的下限更优选为大于10mm。满足各重均纤维长度的范围的增强纤维进一步更优选为碳纤维。
作为与本发明相关的不连续增强纤维，选自由重均纤维长度范围内的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维以及玄武岩纤维所组成的组的一个以上增强纤维是甚至更优选的。
作为包括在本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料中的不连续增强纤维，可以组合使用具有不同重均纤维长度的不连续增强纤维。换言之，根据本发明的不连续增强纤维可以具有单个重均纤维长度的峰或者可以具有多个重均纤维长度的峰。
能够例如，通过使用卡尺等以高达1mm的单位测量从成型材料随机提取的100根纤维的纤维长度，而基于下式(f)确定不连续增强纤维的平均纤维长度。使用重均纤维长度(lw)进行平均纤维长度的测量。当各个不连续纤维的纤维长度为li并且测量次数为j时，根据下式(m)和(f)获得数均纤维长度(ln)和重均纤维长度(lw)。
ln＝σli/j(m)
lw＝(σli2)/(σli)(f)
在不连续增强纤维的纤维长度为常数的情况下，数均纤维长度和重均纤维长度变成相同的值。能够例如通过使成形品(成型材料)经历500℃的热处理大约1小时并在炉中去除树脂而进行增强纤维的从成形品或者成型材料的提取。
(不连续增强纤维的单纤维直径)
本发明中使用的不连续增强纤维的单纤维直径可以根据不连续增强纤维的类型而适当地确定，并且不特别限定。例如，在碳纤维用作不连续增强纤维的情况下，通常地，单纤维的平均直径优选为在3μm至50μm的范围内，更优选为在4μm至12μm的范围内，并且进一步更优选为5μm至8μm的范围内。
另一方面，在玻璃纤维用作不连续增强纤维的情况下，通常地，单纤维的平均直径优选为在3μm至30μm的范围内。此处，上述单纤维的平均直径是指形成增强纤维的单纤维的直径。
能够通过例如，jisr7607(2000)中描述的方法测量不连续增强纤维中的单纤维的平均直径。
(增强纤维的形态)
无关类型，本发明中使用的不连续增强纤维可以是由单纤维形成的单纤维的类型或者由多个单纤维形成的束的单纤维束的类型。本发明的成型材料等中包含的增强纤维可以仅为单纤维的类型、仅为单纤维束的类型，或者两个类型的混合物。本文示出的单纤维束是指两根以上单纤维由于上浆剂、静电力等而接近。在使用单纤维的情况下，形成每个单纤维束的单纤维的数量可以大致一致，或者在各个单纤维束中不同。
关于本发明，为了便于说明，单纤维束形态的增强纤维可以称为增强纤维束。一个增强纤维束用作纤维增强树脂成形品或者其成型材料中的一种填料。在增强纤维样品中，从纤维增强树脂成形品或者成型材料去除作为基质的热塑性树脂，当作为用镊子等从该增强纤维样品随机采集的各个增强纤维的纤维是多个单纤维的束时，能够将这些纤维视作增强纤维束。
作为代表性的增强纤维束，多个单纤维大体在相同方向上取向并且其长边互相接触以形成束，但是增强纤维束不限于该形态。例如，多个单纤维可以是沿各个方向取向的束，并且多个单纤维可以在长边表面的一部分上互相接近，但是单纤维可以在其他部分中分离以形成束。
诸多商业生产和销售的增强纤维具有如下结构：其中，单纤维成束，并且其中单纤维的数量变化但是通常在1,000至100,000的范围内。例如，碳纤维通常为其中聚集数千至数万碳单纤维的束。
在复合材料制造中使用增强纤维的情况下，如果使用增强纤维而不扩幅或开纤，则增强纤维的缠结部变得局部增厚，这可能使其难以获得薄壁的复合材料。因此，增强纤维优选为在扩幅或开纤且随后适当切割之后用作复合材料。
在开纤后使用增强纤维的情况下，虽然开度不特别限定，但是优选的是控制增强纤维的开纤的程度，并且包括由特定数量以上的单增强纤维形成的增强纤维、以及由小于特定数量的单增强纤维或者单纤维形成的增强纤维，即，游离的单增强纤维。
具体地，不连续增强纤维的形态优选为在国际公开手册no.2012/105080、国际公开手册no.2013/031860等中描述的基材等中的增强纤维的形态，例如，作为由下式(1)定义的临界单纤维数以上的数量的单增强纤维形成的单纤维束的增强纤维(a)以及其他增强纤维(b)的混合物是优选的。这些增强纤维(b)是由比临界单纤维数少的数量的单增强纤维形成的增强纤维，但是游离的单增强纤维也包括在其中。为了区别增强纤维(a)与增强纤维(b)，这些可以分别称为表现为单纤维束的增强纤维和表现为游离单纤维的增强纤维。这是基于以下发现：即使具有单纤维束的增强纤维，组成单纤维的数量小于与单纤维直径相对应的特定数值(单纤维的临界数量)这样的束展现与复合材料中游离的单增强纤维相同的行为。
单纤维的临界数量＝600/d(1)
(此处，d是增强纤维的单纤维的平均直径(μm))
具体地，在形成成形品的增强纤维中单纤维的平均直径在5μm至7μm的范围内的情况下，式(1)定义的单纤维的临界数量为86至120。
此外，增强纤维(a)的量与本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料中包含的不连续增强纤维的总量的比率优选为大于0vol％且小于99vol％，更优选为20vol％以上且小于99vol％，进一步更优选为30vol％以上且小于95vol％，并且最优选为50vol％以上且小于90vol％。这是因为使由具有特定数量以上的单增强纤维形成的不连续增强纤维与其他不连续增强纤维以特定比率存在，使得能够增加复合材料中增强纤维的量，即，增强纤维的体积分数(vf)。
在本发明中，能够适当地确定增强纤维(a)中单纤维的平均数量(n)，而不受特别限制，只要不损害本发明的目的即可。在一般用途的增强纤维的情况下，n通常具有1<n<12,000的范围内的值，并且更优选为满足下式(2)。
0.6×104/d2<n<1.0×105/d2(2)
(此处，d是增强纤维中的单纤维的平均直径(μm))
然后，在增强纤维是具有5μm的单纤维的平均直径的碳纤维的情况下，增强纤维(a)中单纤维的平均数量在240至小于4000的范围内，并且优选为300至2,500。400至1,600纤维是更优选的。在增强纤维为具有7μm的单纤维的平均直径的碳纤维的情况下，增强纤维(a)中单纤维的平均数量在122至2040的范围内，优选为150至1500，并且更优选为200至800。
(不连续增强纤维的取向状态)
本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料中包含的不连续增强纤维的取向状态可以根据目的而变化。优选的是二维随机取向：其中，不连续增强纤维在压制成型材料等的面内方向中不在特定方向上取向，而极少量在厚度方向取向。特别地，国际公开手册no.2012/105080和国际公开手册no.2013/031860中描述的无序毡等中的碳纤维的状态是优选的。
特别在数值上限定压制成型材料和成形品中包含的二维取向的增强纤维的情况下，在增强纤维中，表面取向度σ为90％以上的状态可以设定为优选的二维随机取向，表面取向度σ由以下定义：表面取向度σ＝100×(1-(具有10°以上的平面取向角γ的增强纤维的数量)/(增强纤维的总数量))，如日本专利申请特开no.2012-246428所公开的。
此外，相对于通过在厚度方向上切割诸如压制成型材料这样的样品而获得的截面中的任意矩形区域，成形品的厚度方向或者与成形品的厚度方向不同的方向被定义为z方向，并且根据上述公开对增强纤维进行表面取向度σ的观察、测量以及计算。在该情形中，关于由计算平面取向角γ所需的、增强纤维截面的主轴与成型板的表面所形成的角度，代替成型板的表面，也可以使用待观察的矩形区域的上侧或者下侧与增强纤维截面的主轴形成的角度。
(增强纤维的体积分数(vf))
对本发明的压制成型材料或者作为成形品的材料复合材料中的增强纤维的体积分数(下面可以简称为“vf”)没有特别的限制。然而，在所有情况下，增强纤维相对于包含的不连续增强纤维和作为基质的热塑性树脂的体积分数(vf)如下式(u)定义地优选为5％至80％，并且vf更优选为20％至60％。
vf＝100×(不连续的增强纤维的体积)/((不连续增强纤维的体积)+(热塑性树脂体积))(u)
优选地，当成形品的vf高于5％时，充分展现增强效果，并且当vf为80％以下时，在获得的成形品中不太可能产生孔隙，并且不太存在成形品的物理性质将劣化的担忧。
(不连续增强纤维的单位面积重量和厚度)
不特别限定本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料中包含的不连续增强纤维的单位面积重量，但是通常设定为25g/m2至10000g/m2。
[热塑性树脂]
不特别限定本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料中的作为基质的热塑性树脂,只要能够获得具有期望强度的成形品并且可以适当地选择即可。
热塑性树脂的实例包括聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、热塑性聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂(聚甲醛树脂)、聚碳酸酯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚腈树脂、酚氧树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、热塑性聚氨酯树脂、氟系树脂、热塑性聚苯并咪唑树脂、乙烯系树脂等。
聚烯烃树脂的实例包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁二烯树脂、聚甲基戊烯树脂等。
乙烯树脂的实例包括氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂等。
聚苯乙烯树脂的实例包括无规立构聚苯乙烯树脂、全同立构聚苯乙烯树脂、间同立构聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂(as树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(abs树脂)等。
聚酰胺树脂的实例包括聚酰胺6树脂(尼龙6)、聚酰胺11树脂(尼龙11)、聚酰胺12树脂(尼龙12)、聚酰胺46树脂(尼龙46)、聚酰胺66树脂(尼龙66)，聚酰胺610树脂(尼龙610)等。
聚酯树脂的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯树脂、液晶聚酯等。
(甲基)丙烯酸树脂的实例包括聚甲基丙烯酸甲酯。改性的聚亚苯基醚树脂的实例包括改性的聚苯醚等。
热塑性聚酰亚胺树脂的实例包括热塑性聚酰亚胺、聚酰胺树脂、聚醚酰亚胺树脂等。
聚砜树脂的实例包括改性的聚砜树脂、聚醚砜树脂等。
聚醚酮树脂的实例包括聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂以及聚醚酮酮树脂。
氟系树脂的实例包括聚四氟乙烯等。
本发明中使用的热塑性树脂可以是共聚物或者改性产物，并且可以是单一种类或者两种以上。组合使用两种以上热塑性树脂的方面的实例包括组合使用具有互不相同的软化点或熔点的热塑性树脂的方面、组合使用具有互不相同的平均分子量的热塑性树脂的方面等，而不受限制。
(其他试剂)
在不影响本发明的目的范围内，本发明的压制成型材料和作为成形品的材料的复合材料可以包含添加剂，诸如非纤维填料、阻燃剂、抗uv剂、稳定剂、脱模剂、颜料、软化剂、塑化剂、以及表面活性剂。
实施例
下面将示出实施例，但本发明不限于此。
[基材的制造]
<制造例1>
将由tohotenax制造并用尼龙系上浆剂处理的pan系碳纤维“tenax”(注册商标)(单纤维的平均直径为7μm，单纤维数量为24,000，拉伸弹性模量为240gpa.)用作增强纤维，并且将由unitikaltd.制造的尼龙6树脂a1030(熔点225℃)用作热塑性树脂，基于国际公开手册no.2012/105080和国际公开手册no.2013/031860描述的方法制备具有二维随机取向的无序毡。加热并压制无序毡，使得尼龙6树脂浸渍到碳纤维的毡状材料中以获得厚度2.5mm的扁平基材。关于基材中的增强纤维(碳纤维)，增强纤维的体积分数vf为35％，增强纤维的单位面积重量为1660g/cm2，作为重均纤维长度的增强纤维的长度为20mm，由等于或大于临界单纤维数的数量的单纤维形成的增强纤维(a)，更具体地，碳纤维(a)相对于增强纤维的总量的比率为85vol％，并且增强纤维(a)的单纤维的平均数量(n)为900。在基材中的增强纤维中，由小于临界单纤维数的单纤维形成的增强纤维(b)的所述比率为15vol％。增强纤维(b)和增强纤维(a)两者为具有不同的单纤维数量的单纤维束的混合物。作为增强纤维(b)，基材中也包含少量完全开纤的游离碳单纤维。
获得的基材的拉伸断裂伸长率εv在105％至400％的范围内。
[成形品的制造]
在下面描述的实施例和比较例中，除非另有说明，否则上述制造例1获得的基材被切出为各个实施例等中描述的各毛坯形状以获得压制成型材料，该压制成型材料经历冷压成型而获得成形品。
在每个实施例和比较例中，使用与期望的成形品的形状相对应的金属模具。除非另有说明，否则当压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度时的温度为280℃，并且温度低于软化温度的金属模具的温度为150℃，并且在压制成型时的压力为20mpa。
[强度测试方法]
从图5a至图5c所示的厚度2.5mm的压制成形品切出宽度15mm且长度100mm的测试片，使得自层叠结构部为长度方向上的中心，并且在110℃干燥12小时以上。测试片设定在圆形夹具中并且使用测试机instron5982型以5mm/分钟的测试速度压缩以确定最大应力。此外，根据式(s)计算强度参数。
强度参数＝(最大应力)×100/(具有相同形状的对照样品的焊接部处的最大应力)(s)
此处，具有相同形状的对照样品的焊接部处的最大应力是指：针对使用具有与用于图5a至图5c所示的成形品的压制成型的金属模具相同形状的金属模具而通过压制成型获得的成形品(分别地，图6a至图6c)，压制成型材料的端部的重叠量为0mm，即，没有自层叠，通过切出具有如上所述的相同形状的测试片(对照测试片)使得焊接部为长度方向上的中心，并且通过以如上所述相同的方式使对照测试片经历压缩测试，而获得的最大应力。在下列的实施例和比较例中，压制成型材料的端部被布置为彼此邻接而成为压制成型之后的熔接线的部分可以是统称为熔接部。
<实施例1>
具有图5a中的形状的成形品的三维形状在从三维形状去除三维形状的单元中的至少一个单元之后，经历通过计算机的成型加工的逆分析并展开。制造例1中获得的基材被切出为从三维形状展开的毛坯形状，并且获得具有基准面、至少一个可竖立面和至少一个可自层叠区域的压制成型材料，其中，可竖立面的一部分包括在可自层叠区域中。
压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部15mm内的可自层叠区域的部分被布置为自层叠在与成形品的平面部相对应的金属模具表面上。然后进行压制成型以获得具有层叠部5的成形品100-1。成形品的层叠部的强度参数为250。表1示出成型条件和结果。在压制成型时，下文可以将成型材料的端部的自层叠长度(在本实施方式中15mm)称作重叠量。
<实施例2>
以与实施例1相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部30mm内的可自层叠区域的部分被布置为自层叠在与成形品的平面部相对应的金属模具表面上。然后进行压制成型以获得具有层叠部5的成形品100-1。该成形品的层叠部的强度参数为300。表1示出成型条件和结果。
<实施例3>
以与实施例1相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部45mm内的可自层叠区域的部分布置为自层叠在与成形品的平面部相对应的金属模具表面上。然后进行压制成型以获得具有层叠部5的成形品100-1。成形品的层叠部的强度参数为400。表1示出成形品的条件和结果。
<实施例4>
具有图5b中的形状的成形品的三维形状在从三维形状去除三维形状的单元中的至少一个单元之后，经历通过计算机的成型加工的逆分析并展开。制造例1中获得的基材被切出为从三维形状展开的毛坯形状，并且获得具有基准面、至少一个可竖立面和至少一个可自层叠区域的压制成型材料，其中，可竖立面的一部分包括在可自层叠区域中。
压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部15mm内的可自层叠区域的部分被布置为自层叠在与成形品的角部相对应的金属模具表面上。然后压制成型进行压制成型，以获得具有层叠部5的成形品100-2。成形品的层叠部的强度参数为200。表2示出成型条件和结果。
<实施例5>
以与实施例4相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部30mm内的可自层叠区域的部分被布置为自层叠在与成形品的角部相对应的金属模具表面上。然后进行压制成型以获得具有层叠部5的成形品100-2。该成形品的层叠部的强度参数为200。表2示出成型条件和结果。
<实施例6>
具有图5c中的形状的成形品的三维形状在从三维形状去除三维形状的单元中的至少一个单元之后，经历通过计算机的成型加工的逆分析并展开。制造例1中获得的基材被切出为从三维形状展开的毛坯形状，并且获得具有基准面、至少一个可竖立面和至少一个可自层叠区域的压制成型材料，其中，可竖立面的一部分包括在可自层叠区域中。
压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部15mm内的可自层叠区域的部分被布置为在与成形品的曲面部相对应的金属模具表面上的可自层叠区域中自层叠。然后进行压制成型以获得具有层叠部5的成形品100-3。该成形品的层叠部的强度参数为180。表3示出成型条件和结果。
<实施例7>
以与实施例6相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立，并且距成型材料的端部30mm内的可自层叠区域的部分被布置为在与成形品的曲面部相对应的金属模具表面上自层叠。然后进行压制成型以获得具有层叠部5的成形品100-3。成形品的层叠部的强度参数为250。表3示出成型条件和结果。
<比较例1>
以与实施例1相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立。成型材料不层叠在与成形品的平面部相对应的金属模具表面上。然后进行压制成型以获得成形品200-1，在平面部中生成熔接部6。表1示出成型条件和结果。
<比较例2>
以与实施例4相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立。成型材料布置为不层叠在与成形品的角部相对应的金属模具表面上。进行压制成型以获得成形品200-2，在角部中生成熔接部6。表2示出成型条件和结果。
<比较例3>
以与实施例6相同的方式获得的压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中，使得可竖立面相对于压制成型材料的基准面竖立。成型材料被布置为不层叠在与成形品的曲面部相对应的金属模具表面上。然后进行压制成型以获得成形品200-3，在曲面部中生成熔接部6。表3示出成型条件和结果。
<比较例4>
具有图5a中的形状的成形品的三维形状在不从三维形状去除三维形状的任意单元的情况下经历通过计算机的成型加工的逆分析并展开。制造例1中获得的基材被切出为从三维形状展开的毛坯形状，并且获得具有基准面、至少一个可竖立面和至少一个可自层叠区域的压制成型材料，其中可竖立面的一部分包括在可自层叠区域中。
压制成型材料被加热至等于或者高于作为基质的热塑性树脂的软化温度的温度。压制成型材料被布置在温度低于软化温度的金属模具中。随后进行压制成型。然而，成形品在角部处具有皱褶，并且不可能获得具有如成形品100-1的良好外观的成形品。
[表1]
[表2]
[表3]
对于下列的实施例8至23，制备对如下获得的物体复制的物体：在冷压成型中，根据期望的成形品的形状将被加热且塑化状态的压制成型材料变形为适当的形状，并且将材料布置金属模具中。换言之，制备金属模具布置模拟物(下面可以简称为模拟物)。观察皱褶在其表面上产生的程度，并且评价是否压制成型材料容易地获得具有优秀外观的成形品。具体地，关于评价，在获得的金属模具布置模拟物的表面，特别地，在与压制成型材料中的两个相邻的可自层叠区域的具有曲率半径r的结合部(下面简称为结合部)的周边相对应的位置中没有皱褶生成的情况下，确定当压制成型材料经历冷压成型时，能够获得与金属模具布置模拟物形状相同并且具有没有皱褶的极佳外观的成形品。在获得具有皱褶的金属模具布置模拟物的情况下，当在不进行特殊测量的情况下通过已知的方法对压制成型材料冷压成型并且获得具有与金属模具布置模拟物形状相同的成形品时，确定存在成形品将在其表面具有皱褶且在外观方面具有问题的担忧。
<实施例8>
从制造例1中获得的基材，通过与实施例1相同的流程，制备下列压制成型材料：其具有图10、图11以及图12a所示的形状，具有两个相邻的可自层叠区域(其中，水平宽度为100mm，垂直高度为100mm(即，宽度100mm，深度100mm)，厚度为1.4mm，曲率半径为0mm，两个可自层叠区域之间的最大距离b为28mm，两个可自层叠区域的外周互相面对的部分的总长l为102mm，并且将两个可自层叠区域的外周的互相面对部分的端部连接的直线的中点与结合部之间的距离c为49mm)。为了清楚说明，图10、图11、以及图12a示出在适当地组合指示本发明相关的部分的附图标记的同时在厚度方向上观看相同压制成型材料的情况下的形状。
如图12a所示，压制成型材料被加热至作为基质的热塑性树脂的软化温度以上的温度并且设定为塑化状态。随后在压制成型材料的厚度方向观看的逆时针方向上拉动一个可自层叠区域45°，使其层叠在另一自层叠区域上，并且变形以获得金属模具布置模拟物。在金属模具布置模拟物中，包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，未产生皱褶。因此，当冷压成型压制成型材料，能够获得具有与具有没有皱褶的非常良好的外观的金属模具布置模拟物相同形状的成形品。
<实施例9>
除了关于压制成型材料的大小和形状：曲率半径为1mm，距离b为30mm，总长l为106mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在该金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，未产生皱褶。
<实施例10>
除了关于压制成型材料的大小和形状：曲率半径为2mm，距离b为31mm，总长l为106mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，在与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置中产生皱褶。因此，在不进行特殊测量的情况下通过已知的方法冷压成型压制成型材料并且获得具有与金属模具布置模拟物形状相同的成形品时，存在成形品将在其表面具有皱褶且在外观方面具有问题的担忧。
<实施例11>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为2.6mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，未产生皱褶。
<实施例12>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为2.6mm，曲率半径为1mm，距离b为30mm，总长l为106mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，未产生皱褶。
<实施例13>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为2.6mm，曲率半径为2mm，距离b为31mm，总长l为106mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，不产生皱褶。
<实施例14>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为2.6mm，曲率半径为3mm，距离b为34mm，总长l为108mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，未产生皱褶。
<实施例15>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为2.6mm，曲率半径为4mm，距离b为36mm，总长l为108mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，不产生皱褶。
<实施例16>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为2.6mm，曲率半径为5mm，距离b为36mm，总长l为108mm，并且距离c为50mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，在与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置中产生皱褶。
<实施例17>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为4.0mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，在与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置中产生皱褶。
<实施例18>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为4.0mm，曲率半径为1mm，距离b为30mm，总长l为106mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，不产生皱褶。
<实施例19>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为4.0mm，曲率半径为2mm，距离b为31mm，总长l为106mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，不产生皱褶。
<实施例20>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为4.0mm，曲率半径为3mm，距离b为34mm，总长l为108mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，不产生皱褶。
<实施例21>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为4.0mm，曲率半径为4mm，距离b为36mm，总长l为108mm，并且距离c为51mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，还包括与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置，不产生皱褶。
<实施例22>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为4.0mm，曲率半径为5mm，距离b为36mm，总长l为108mm，并且距离c为50mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，在与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边相对应的位置中产生皱褶。
<实施例23>
除了关于压制成型材料的大小和形状：厚度为5.5mm之外，以与实施例8相同的方式进行操作。在获得的金属模具布置模拟物中，在与压制成型材料中具有曲率半径r的结合部的周边此昂对应的位置中产生皱褶。类似地，在曲率半径为1至5mm、6mm、或者7mm的任意情况下，在对应于结合部周边的位置出现皱褶。
工业实用性
使用本发明的压制成型材料使得能够以高生产率制造外观、强度、轻量性等优秀的成形品。成形品适用于用于电气/电子设备的壳体、汽车的结构部件、医疗设备的构件、建筑材料、飞机构件、一般工业构件等。
虽然已经参考其具体实施方式详细地描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，能够在不背离本发明的精神和范围的情况下，进行各种变化或修改。
本申请基于2015年12月25日提交的日本专利申请(日本专利申请no.2015-254639)，该专利的全文作为参考并入本申请。